甲基杆菌有效同化工业甲醇和植物甲醇的研究进展

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作者 姚陆 马增新 +2 位作者 张聪 杨松 邢新会 《化工进展》 北大核心 2025年第5期2451-2462,共12页

甲醇是第三代工业生物制造的重要原料,同时又能伴随植物生长排放到大气中加剧温室效应。甲基杆菌是一类能以甲醇作为生长碳源和能源的极具广泛应用前景的菌株。然而甲基杆菌催化转化高浓度工业甲醇和寡浓度植物甲醇的过程效率偏低,导致... 甲醇是第三代工业生物制造的重要原料,同时又能伴随植物生长排放到大气中加剧温室效应。甲基杆菌是一类能以甲醇作为生长碳源和能源的极具广泛应用前景的菌株。然而甲基杆菌催化转化高浓度工业甲醇和寡浓度植物甲醇的过程效率偏低,导致甲醇的碳和电子耗散,制约了甲醇的高值化利用。本文首先系统综述了甲基杆菌底盘再造强化工业甲醇有效代谢方面的最新策略,进而论述了甲基杆菌对植物源寡浓度甲醇有效氧化、同化和转化的最新认知,最后展望了甲基杆菌进一步强化甲醇利用的可行性研究方向与策略。本综述期望推动甲基杆菌作为甲醇基细胞工厂和新型植物益生菌剂的技术创新,助力工业生物制造的甲醇高值化,增强植物甲醇的固定封存,实现经济与生态环境效益的共赢发展。 展开更多

关键词 甲基杆菌 甲醇 甲基细胞工厂 植物叶际益生菌 合成生物技术

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毕赤酵母利用甲醇生产重组蛋白技术的研究进展

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作者 王媛媛 张翀 +1 位作者 韩双艳 邢新会 《化工进展》 北大核心 2025年第5期2441-2450,共10页

甲醇等一碳化合物作为生物制造的一种绿色可持续低碳原料,不存在与人争粮的问题,具有巨大的应用发展潜力。能够天然利用甲醇的毕赤酵母研究历史长,已被广泛应用于多种重组蛋白的生物制造中,成为甲醇利用性能优良的底盘细胞工厂。近年虽... 甲醇等一碳化合物作为生物制造的一种绿色可持续低碳原料,不存在与人争粮的问题,具有巨大的应用发展潜力。能够天然利用甲醇的毕赤酵母研究历史长,已被广泛应用于多种重组蛋白的生物制造中,成为甲醇利用性能优良的底盘细胞工厂。近年虽然对毕赤酵母的生理学、甲醇代谢网络、蛋白分泌表达途径及关键元件挖掘开展了大量的研究,积累了大量知识,但仍存在影响其高效应用的一系列关键问题,如甲醇及其代谢物对细胞毒性的复杂影响机制认知有限、细胞鲁棒性及甲醇利用相关的“生命暗物质”挖掘能力不足、甲醇高效转化成目标蛋白的工程化手段有限等。本文综述了国内外有关毕赤酵母生物转化甲醇合成重组蛋白的研究现状,重点总结讨论了毕赤酵母细胞工厂转化甲醇及蛋白表达优化策略,最后探讨了当前毕赤酵母生物转化甲醇生产重组蛋白过程中面临的挑战,并对其未来的生物技术创新和应用进行了展望。 展开更多

关键词 甲醇 毕赤酵母 重组蛋白 代谢工程 合成生物学

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合成生物学表型测试生物反应器及其装备化研究进展

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作者 郭肖杰 剪兴金 +2 位作者 王立言 张翀 邢新会 《合成生物学》 CSCD 北大核心 2024年第1期16-37,共22页

合成生物学经过多年的发展,形成了典型的细胞工厂创制“设计-构建-测试-学习”(design-build-testlearn,DBTL)循环,成为支撑面向加速生物制造发展的智慧生物育种的重要方法。其中,测试环节是对前期所设计与构建的生物体系进行表型测试,... 合成生物学经过多年的发展,形成了典型的细胞工厂创制“设计-构建-测试-学习”(design-build-testlearn,DBTL)循环,成为支撑面向加速生物制造发展的智慧生物育种的重要方法。其中,测试环节是对前期所设计与构建的生物体系进行表型测试,以提供大量数据用于后续的学习和迭代升级。测试阶段的通量主要依赖于细胞自身或其培养测试所使用的生物反应器及其装备,是整个DBTL流程的限速步骤。本文系统综述了合成生物学表型测试所开发的面向不同通量的生物反应器及装备,从单细胞检测和筛选及不同尺度生物反应器包括皮纳升级生物反应器、微升级生物反应器、毫升级生物反应器和升级生物反应器等,系统地介绍了各自的特点和应用场景。同时,指出了现有生物反应器及其装备的应用潜力、面临的挑战与发展趋势,为合成生物学表型测试技术研究提供重要参考。 展开更多

关键词 合成生物学 高通量筛选 液滴微流控 生物反应器 微孔板 微型管式生物反应器

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调控质粒拷贝数优化生物催化效率的研究进展

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作者 李业 严豪 +1 位作者 刘梦婷 白仲虎 《食品与发酵工业》 CAS CSCD 北大核心 2024年第6期282-289,共8页

质粒作为外源基因异源表达的普遍载体,在合成生物学中广泛应用。不同质粒载体在细胞工厂中的拷贝数不尽相同,合理利用拷贝数不同的质粒可以优化目标基因表达水平,提高生物催化效率。针对天然质粒复制子系统的局限,近年来研究者们依据质... 质粒作为外源基因异源表达的普遍载体,在合成生物学中广泛应用。不同质粒载体在细胞工厂中的拷贝数不尽相同,合理利用拷贝数不同的质粒可以优化目标基因表达水平,提高生物催化效率。针对天然质粒复制子系统的局限,近年来研究者们依据质粒复制机制,开发出了许多性能更优异的新质粒系统,显著提高了生物催化效率。该文结合质粒拷贝数在多种微生物细胞工厂中的应用进行综述,以期为合成生物学领域的相关研究提供参考和借鉴。 展开更多

关键词 异源表达 质粒 复制子 拷贝数 合成生物学

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ARTP诱变钝顶螺旋藻突变体比较组学研究

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作者 苏楠 吴亦楠 +6 位作者 陈韵亿 金丽华 张翀 Shimpei Aikawa Tomohisa Hasunuma Akihiko Kondo 邢新会 《化工学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第12期6298-6310,共13页

微藻作为地球上重要的生物资源,为水圈提供了大量的初级代谢产物,是合成生物学和生物制造研究和应用的重要底盘微生物。其中,钝顶螺旋藻(Spirulina platensis)具有多糖含量高、营养价值高、培养工艺成熟、应用范围广等特点,其诱变育种... 微藻作为地球上重要的生物资源,为水圈提供了大量的初级代谢产物,是合成生物学和生物制造研究和应用的重要底盘微生物。其中,钝顶螺旋藻(Spirulina platensis)具有多糖含量高、营养价值高、培养工艺成熟、应用范围广等特点,其诱变育种及比较组学研究可为微藻细胞工厂系统改造技术发展提供重要依据。本课题组前期通过常压室温等离子体(atmospheric and room temperature plasmas,ARTP)诱变方法获得了三株钝顶螺旋藻突变体。本研究在连续光照培养条件下,对三株突变体的重要生理特征进行了表征,发现突变株具有高絮凝表型,且重要化合物含量也与野生型具有一定的差异。进一步,本研究通过对其主要代谢产物的代谢组学分析和全基因组测序,对突变表型产生的机理进行了初步解析。 展开更多

关键词 钝顶螺旋藻 絮凝 ARTP诱变 代谢组学 基因组比较组学 生物能源 生物工程 生物技术

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从知识产权角度分析养殖中华大鲵产业现状及其健康产品发展方向 被引量：8

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作者 陶敏 何东 +5 位作者 陈海红 曾文 王建文 王松军 王怡 邢新会 《食品科学》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第11期364-372,共9页

中华大鲵是我国特有的珍稀物种和传统的名贵食、药用动物,其肉质鲜美,且肉、骨、皮、内脏、油脂和黏液均含有丰富的生物活性成分,食用与药用价值高。随着中华大鲵人工养殖业的快速发展以及国民生活水平的提高和保健意识的增强,在大鲵野... 中华大鲵是我国特有的珍稀物种和传统的名贵食、药用动物,其肉质鲜美,且肉、骨、皮、内脏、油脂和黏液均含有丰富的生物活性成分,食用与药用价值高。随着中华大鲵人工养殖业的快速发展以及国民生活水平的提高和保健意识的增强,在大鲵野生资源保护及其子二代合理利用的政策法规引导下,具有独特的营养成分和保健功效的养殖中华大鲵高附加值功能产品有着广阔的开发与应用前景。然而,目前我国对养殖中华大鲵生物活性成分的科学研究与精深加工技术相对滞后,对面向大健康的人工养殖中华大鲵资源的开发利用尚处于初步发展阶段。本文以养殖中华大鲵资源开发与利用相关的知识产权为分析对象,从知识产权的申请趋势、技术主题分布、专利质量等多个角度,全面剖析我国养殖大鲵产业的相关研究发展现状,为中华大鲵高附加值功能性健康产品的开发与产业的发展提供参考。 展开更多

关键词 知识产权 中华大鲵 人工养殖 功能产品 行业技术标准

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谷氨酸棒杆菌细胞工厂育种策略以及高通量筛选技术的研究进展 被引量：1

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作者 李业 孟丽虹 +1 位作者 严豪 白仲虎 《食品与发酵工业》 CAS CSCD 北大核心 2023年第21期276-283,共8页

谷氨酸棒杆菌作为工业生产氨基酸及众多高附加值产品的工程菌株,是一种绿色高效的底盘微生物,已被开发为工业微生物细胞工厂。设计与构建高效工业微生物细胞工厂是绿色生物制造的重要基础,也是促进实现“碳中和”目标的重要途径之一。... 谷氨酸棒杆菌作为工业生产氨基酸及众多高附加值产品的工程菌株,是一种绿色高效的底盘微生物,已被开发为工业微生物细胞工厂。设计与构建高效工业微生物细胞工厂是绿色生物制造的重要基础,也是促进实现“碳中和”目标的重要途径之一。微生物育种及高通量筛选技术是创制高效微生物细胞工厂和生物产业技术创新的重要方向。文章结合实际案例针对谷氨酸棒杆菌细胞工厂的育种策略和高通量筛选技术进行综述,以期为谷氨酸棒杆菌选育领域的相关研究提供参考和借鉴。 展开更多

关键词 谷氨酸棒杆菌 微生物细胞工厂 育种 高通量筛选技术

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非生物元件增强的合成生物杂合体系研究进展

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作者 黄瑜晴 吴涵 +5 位作者 李晓彬 刘君禹 马少华 戈钧 邢新会 张灿阳 《合成生物学》 2025年第4期764-788,共25页

利用人工非生物元件对生命体进行设计与改造是合成生物学的一大机遇。开发非生物元件-生物元件合成生物杂合体系,可以突破天然生化反应的局限,实现生物元件与非生物元件的协同增效和功能超越,在生物制造和生物医药新应用领域前景广阔,... 利用人工非生物元件对生命体进行设计与改造是合成生物学的一大机遇。开发非生物元件-生物元件合成生物杂合体系,可以突破天然生化反应的局限,实现生物元件与非生物元件的协同增效和功能超越,在生物制造和生物医药新应用领域前景广阔,已成为合成生物学研究中备受关注的前沿方向。然而,相比于类型繁多和功能丰富的非生物元件,现有杂合体系的功能还较为单一。针对这一问题,本文系统综述了近年来非生物元件-生物元件合成生物杂合体系的研究进展,依据体系类型进行分类总结,通过对典型研究的深入分析,在归纳其功能实现途径的基础上,进一步揭示了现有体系在功能扩展和机制解析方面的局限性,并展望了该领域在多平台联用、工程化设计和精准调控等方面的发展前景。 展开更多

关键词 非生物元件 合成生物杂合体系 协同增效 生物制造 生物医药

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机器学习驱动的基因组规模代谢模型构建与优化 被引量：1

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作者 吴柯 罗家豪 李斐然 《合成生物学》 北大核心 2025年第3期566-584,共19页

自1999年首个基因组规模代谢模型(genome-scale metabolic model,GEM)问世以来,GEM已成为解析生物代谢的重要工具。该模型包含代谢基因、代谢物和反应,并结合化学计量矩阵与约束优化,系统描述和模拟生物体内的代谢过程。此外,GEM能够整... 自1999年首个基因组规模代谢模型(genome-scale metabolic model,GEM)问世以来,GEM已成为解析生物代谢的重要工具。该模型包含代谢基因、代谢物和反应,并结合化学计量矩阵与约束优化,系统描述和模拟生物体内的代谢过程。此外,GEM能够整合热力学参数、动力学参数、多组学数据及多细胞过程,构建更精细且具有更强大预测能力的多约束多过程模型。然而,先验知识的局限成为其发展的瓶颈。机器学习技术凭借强大的数据处理和模式识别能力,为进一步扩展GEM提供了新思路。本综述系统总结了传统GEM及多约束多过程模型的构建流程,并着重探讨了机器学习在其中关键步骤中的应用前景,如基因功能注释、途径解析、空缺填补和生物学参数预测。机器学习技术作为新的驱动力,有望大幅度提升GEM的规模和质量,深化对生物代谢机制的理解,并推动实现数字孪生细胞。 展开更多

关键词 基因组规模代谢模型 机器学习 合成生物学 代谢建模 多约束多过程模型

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挑战造物主:合成生物学使能工具 被引量：4

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作者 史硕博 张翀 +1 位作者 成喜雨 邢新会 《合成生物学》 CSCD 2023年第1期1-4,共4页

合成生物学以工程化理念,对生物体进行有目标的设计、改造乃至重新合成[1]。早在1957年,弗朗西斯·克里克提出的生物体“中心法则”已指出细胞的几乎所有代谢、感知、生长等活动都由基因决定,揭示了造物主的“密码本”[2]。随后,DN... 合成生物学以工程化理念,对生物体进行有目标的设计、改造乃至重新合成[1]。早在1957年,弗朗西斯·克里克提出的生物体“中心法则”已指出细胞的几乎所有代谢、感知、生长等活动都由基因决定,揭示了造物主的“密码本”[2]。随后,DNA测序技术[3]和DNA重组技术[4]等工具的建立揭示了人类改写生物体“密码本”的可能性,并在20世纪80年代提出了基于基因重组的合成生物学概念[5]。目前飞速发展的合成生物学往往需要对大量基因进行操纵,针对单个或几个基因的传统DNA重组技术已不能满足其要求,急需满足其设计能力的强大使能工具。 展开更多

关键词 中心法则 合成生物学 基因重组 DNA测序技术 DNA重组技术 克里克 工程化 生物体

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微生物细胞工厂的设计构建:从诱变育种到全基因组定制化创制 被引量：11

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作者 袁姚梦 邢新会 张翀 《合成生物学》 2020年第6期656-673,共18页

微生物细胞工厂(microbial cell factories,MCFs)被广泛用于生产丰富多样的化学品、食品、药品和能源,是绿色生物制造的核心环节。早期主要通过天然微生物的筛选和诱变育种的方式获得高产菌种,然而作为一种“以时间(人力)换水平”的非... 微生物细胞工厂(microbial cell factories,MCFs)被广泛用于生产丰富多样的化学品、食品、药品和能源,是绿色生物制造的核心环节。早期主要通过天然微生物的筛选和诱变育种的方式获得高产菌种,然而作为一种“以时间(人力)换水平”的非理性策略,其创制效率极低。随着分子生物学和基因工程研究方法的不断发展,对微生物系统认知和改造能力的进步促使代谢工程学科诞生。基于生物学知识的理性/半理性代谢工程设计和构建策略,目前已发展了从分子、途径到基因组层次不同的MCFs设计和工程化构建策略。本文结合实际案例对MCFs的设计及构建策略进行综述,首先回顾传统诱变育种和代谢工程指导的理性/半理性设计策略,探讨如何突破代谢工程经典框架的限制,实现全基因组水平定制化MCFs的快速构建,最后对这一新的构建范式的未来进行展望。 展开更多

关键词 生物制造 微生物细胞工厂 代谢工程 基因型-表型关联 数据驱动

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合成生物学装备:颠覆生命科技的利器

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作者 司同 邢新会 《合成生物学》 CSCD 2023年第5期853-856,共4页

工欲善其事,必先利其器。人类探索生命奥秘和应用生物技术的实践表明,生物学发展史上的颠覆性技术往往是由新的科研装备创新驱动的,同时前沿仪器装备引领生物产业的创新发展。例如,显微镜的发明为细胞学说奠定基础,X射线衍射仪的应用对... 工欲善其事,必先利其器。人类探索生命奥秘和应用生物技术的实践表明,生物学发展史上的颠覆性技术往往是由新的科研装备创新驱动的,同时前沿仪器装备引领生物产业的创新发展。例如,显微镜的发明为细胞学说奠定基础,X射线衍射仪的应用对于DNA双螺旋结构解析至关重要。据不完全统计,74.6%的诺贝尔化学奖和90%的诺贝尔生理学或医学奖成果,是借助各种先进的科学装备完成,或直接与新装备方法或功能的发展相关。与此同时,新科研装备的研发可以大幅提升生命科学领域的科研效率,为重复获得高质量数据提供标准化操作。例如,毛细管电泳测序仪的发展使得人类基因组计划提前2~3年完成[1],聚合酶链反应核酸扩增仪的出现推动了PCR这一革命性技术在基因克隆、分子诊断等领域的广泛应用[2]。 展开更多

关键词 诺贝尔生理学或医学奖 DNA双螺旋结构 人类基因组计划 聚合酶链反应 细胞学说 生物产业 诺贝尔化学奖 合成生物学

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内毒素所致肺损伤小鼠肺结肠蛋白质组学变化及其桔梗大黄的作用 被引量：2

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作者 雷帆 孙虹 +6 位作者 刘宗元 王卫华 谢伟东 罗新春 罗睿 邢东明 杜力军 《世界科学技术-中医药现代化》 CSCD 北大核心 2023年第9期3132-3145,共14页

目的内素素(LPS)所致肺损伤时肺和结肠的蛋白质组学变化及桔梗大黄作用。方法实验分为对照组、LPS组、LPS+桔梗组、LPS+大黄组。经气管注射LPS造模并给药,7天后称体质量,测排便量,取肺和结肠,分别做组织病理学和蛋白组变化检测。结果①... 目的内素素(LPS)所致肺损伤时肺和结肠的蛋白质组学变化及桔梗大黄作用。方法实验分为对照组、LPS组、LPS+桔梗组、LPS+大黄组。经气管注射LPS造模并给药,7天后称体质量,测排便量,取肺和结肠,分别做组织病理学和蛋白组变化检测。结果①给LPS后小鼠体质量下降,肺组织出现炎性反应,排便量增加。桔梗和大黄能改善肺组织炎性反应,减少排便量。②肺和结肠表达上调蛋白中,肺脏涉及基因转录,结肠则涉及线粒体内质网及其代谢。肺和结肠均有涉及肌蛋白收缩的蛋白升高。桔梗抑制肺上调蛋白多于大黄。③肺和结肠出现下调蛋白中,在肺脏涉及细胞膜等,在结肠涉及核酸和ATP结合等。肺和结肠共同表达下调的蛋白主要涉及细胞膜内质网及核酸结合方面,桔梗抑制肺下调的蛋白明显多于大黄。结论LPS所致肺损伤可以引起肺和结肠蛋白表达变化,肌细胞收缩蛋白表达升高可能是肺和结肠相关性的分子机制之一。 展开更多

关键词 肺 结肠 内毒素 蛋白质组学 桔梗 大黄

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